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Diary/2015-3-3

Embedded Linux Hands-on Tutorial -- ZedBoard

Linux + Zynqに慣れるべく，2013年と2年前の資料だけど，Embedded Linux Hands-on Tutorial -- ZedBoard をやってみる．

ISEは14.4．
14.7でやろうとしたら，PSのIPコアのバージョンがあがっているためか，そのままではBitStreamが生成できなかった．
OSはCentOS 6.2を用意．
今日びCnetOS 6.2のリポジトリはそうそうないので，

baseurl=http://vault.centos.org/6.2/os/$basearch/

とかを使う．(cf. http://d.hatena.ne.jp/tmatsuu/20120324/1332578375)
x86_64版でインストールするけど，CodeSaurcyの都合で32bit実行/開発環境も必要．

sudo yum install compat-libstdc++-33-3.2.3-69.el6.i686
sudo yum install glibc-devel.i686 glibc-devel

とかした上でISEをインストールする必要があるので注意．

準備

設計イメージのダウンロードと展開
wget http://www.digilentinc.com/Data/Products/ZEDBOARD/ZedBoard_Linux_Design.zip
unzip ZedBoard_Linux_Design.zip

XPSで開く
source /opt/Xilinx/14.4/ISE_DS/settings64.sh
xps ZedBoard_Linux_Design/hw/xps_proj/system.xmp &

HWの変更と合成

PSのGPIOコアからLEDをはずす
  1. I/O Peripheralsをクリック
  2. Zynq PS MIO Configurationsダイアログが開く → EMIO GPIOの幅を60から52に変更 (8 LEDピンの削除)
  3. Portsタブを開いてポートの設定
    1. processing_system7_0の(IO_IF) GPIO_0を選択
    2. ポートをNo Connectionに
    3. ポートをExternal Portsに．名前のprefixの_pinを削除(既存のUCFとできるだけあわせるため)

Create and Import Peripheral Wizardでmyledを作る
  • コア名はmyled．
  • AXI4-Lite
  • software resetとinclude data phase timerはオフ
  • レジスタの数は1つ
  • user_logicは(私の場合)VHDLのままでいい

myledの追加と編集
  • add IP．パラメタはデフォルトのまま
  • ソースコードを修正．Browse HDL Sources...でHDLコードに，View MPDでmpdファイルに簡単にアクセスできる
    • user_logic.vhdの修正
101  LED : out std_logic_vector(7 downto 0);
148  LED <= slv_reg0(7 downto 0);
    • myled.vhdの修正
141  LED : out std_logic_vector(7 downto 0);
306  LED => LED,
    • myled_v2_1_0.mpdの修正
40 PORT LED = "", DIR = O, VEC = [7:0]
  • Project -> Rescan User RepositriesでIPコアをリスキャン
  • Portsタブでmyled_0を開くと追加したLEDな出力ポートができているので外部出力ピンに
  • UCFでピン割り当てを変更
    • ProjectタブのUCF File: data/system.ucf からアクセスできる
    • 80行目付近からのOn-board LED'sのprocessing_system7_0_GPIO<>をmyled_0_LED_pin<>に変更．
    • 以降のペリフェラルに対するprocessing_sytem7_0_GPIO<>のインデックスを8減らす

Bitファイルの生成
  • Hardware->Genearete Bitstream

U-BOOT作る

U-Bootのコンパイルの準備

gitで取得するかBranchのアーカイブかを利用する．

git clone https://github.com/Digilent/u-boot-digilent

ドキュメントに沿ったバージョンのものをダウンロードしてみた．

wget https://github.com/Digilent/u-boot-digilent/archive/v2012.04-digilent-13.01.zip

展開して，もぐる

unzip v2012.04-digilent-13.01.zip
cd u-boot-digilent-2012.04-digilent-13.01

U-Bootのコンパイルのための設定
  • IPアドレスの設定．include/configs/zynq_zed.h を編集．

/* Default environment */
#define CONFIG_IPADDR 10.0.0.1
#define CONFIG_SERVERIP 10.0.0.3

ビルド

次のようにしてビルド．

make CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- zynq_zed_config
make CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi-

できあがったものをコピー．
cp u-boot ../ZedBoard_Linux_Design/boot_image/u-boot.elf

FSBLを作ってBOOT.BINを作る

BOOT.BINを作る(準備)

(閉じていれば)xpsでxmpを再び開く．

xps ZedBoard_Linux_Design/hw/xps_proj/system.xmp &

Project→Export Hardware Design to SDKでExportしつつSDK起動．
ワークスペースは，

ZedBoard_Linux_Design/hw/xps_proj/SDK/SDK_Export

にある．
File⇒New⇒Project...でXilinxのApplication Projectの作成を開始．
キモは，

Project Name: FSBL
Hardware Plat: xps_proj_hw_platform
OS Platform: standalone

くらいか．Available Templatesでは，Zynq FSBLを選択．

main.cの修正

ZedBoardでは，FSBLで，USB-ResetピンのトグルによってUSB PHYチップをリセットする必要があるらしい．
main.cのFsbHandOff()の呼び出しの前(472行目)に次のコードを追加．

472
473   /* Reset the USB */
474    {
475         fsbl_printf(DEBUG_GENERAL, "Reset USB...\r\n");
476
477         /* Set data dir */
478         *(unsigned int *)0xe000a284 = 0x00000001;
479
480         /* Set OEN */
481         *(unsigned int *)0xe000a288 = 0x00000001;
482         Xil_DCacheFlush();
483         /* For REVB Set data value low for reset, then back high */
484 #ifdef ZED_REV_A
485         *(unsigned int *)0xe000a048 = 0x00000001;
486         Xil_DCacheFlush();
487         *(unsigned int *)0xe000a048 = 0x00000000;
488         Xil_DCacheFlush();
489 #else
490         *(unsigned int *)0xe000a048 = 0x00000000;
491         Xil_DCacheFlush();
492         *(unsigned int *)0xe000a048 = 0x00000001;
493         Xil_DCacheFlush();
494 #endif
495    }

デフォルトで自動Buildだけど，念の為にCleanしてBuild．

BOOT.BINを作る

Xilinx Tools⇒Create Zynq Boot Imageでツールを起動．
FSLB elfには，

ZedBoard_Linux_Design/hw/xps_proj/SDK/SDK_Export/FSBL/Debug/FSBL.elf

を選択．
List of partitions int the boot imageは，FSBL.elf，system.bit，u-boot.elf の順．

ZedBoard_Linux_Design/hw/xps_proj/SDK/SDK_Export/FSBL/Debug/FSBL.elf
ZedBoard_Linux_Design/hw/xps_proj/SDK/SDK_Export/xps_proj_hw_platform/system.bit
ZedBoard_Linux_Design/boot_image/u-boot.elf

出力先のフォルダは，

ZedBoard_Linux_Design/boot_image/

にする．
できあがったu-boot.binをBOOT.BINにリネーム．

Linuxカーネルのコンパイル

Linuxカーネルのコンパイルの準備

gitのメインブランチかタグを切られたものを持ってくる．
u-bootのときと同じように，v3.6-digilent-13.01とタグを切られたものを持ってくることにする．
https://github.com/Digilent/linux-digilent/archive/v3.6-digilent-13.01.zip
wgetで取得したら拡張子がつかなかったので末尾に.zipをつけて，unzipで展開してもぐる．

コンフィグ

まずはデフォルトコンフィギュレーション

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- digilent_zed_defconfig

で，menuconfig

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- menuconfig

ちなみに，ncurses-develがなかったのでyumでインストール...
ドキュメントではPmodOLED1をビルトイン・ドライバからローダブルモジュールに変更している
具体的には Device Driver→PMOD Support と辿って，PmodOLED1の'*'を'M'に変更．

ビルド

Exitをつづけて終了したらビルド

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi-

ビルドが終わったらarch/arm/boot/zImageができている

デバイスツリーを作る

カーネルソースの下で，

./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o ../devicetree.dtb arch/arm/boot/dts/digilent-zed.dts

を実行

SDカードにセットアップ

SDカードを用意

先頭1GBをvfat，残りをext4にする．

  • fdiskでパーティション作る
  • vfatとext4で，それぞれフォーマット．たとえば，
suudo mkfs -t vfat -n ZED_BOOT /dev/sdb1
sudo mkfs -t ext4 -L ROOT_FS /dev/sdb2

ルートファイルシステムの用意
  • Linaroをダウンロード．
wget http://releases.linaro.org/12.09/ubuntu/precise-images/ubuntu-desktop/linaro-precise-ubuntu-desktop-20120923-436.tar.gz
  • 展開
mkdir -p /tmp/linaro
sudo cp linaro-precise-ubuntu-desktop-20120923-436.tar.gz /tmp/linaro
cd /tmp/linaro
sudo tar zxf fs.tar.gz
  • ext4領域をマウント
mkdir -p /tmp/sd_ext4
sudo mount /dev/sdb2 /tmp/sd_ext4
  • 展開した一式をコピー．ドキュメントではrsync使ってる
cd binary/boot/filesystem.dir/
sudo rsync -a ./ /tmp/sd_ext4
sudo sync; sudo sync; sudo sync; # 念のため
  • unmountして取り出す
sudo umount /tmp/sd_ext4

BOOT.BIN，dtc，zImageをコピー

vfat領域に

  • BOOT.BIN
  • devicetree.dtb
  • zImage

をコピーする．

ZedBoardで起動してみる

HDMIケーブルつなぐとGUIがあがってくるのがわかる．

apt-get install openssh-server

とかするとsshdがインストールできる．
sshでログインできるようにrootのパスワードを適当に設定．

myled用のドライバを作る


準備

カーネルソースにアクセスしやすいようにシンボリックリンクを用意

ln -s linux-digilent-3.6-digilent-13.01 linux-digilent

作業用のディレクトリを用意して移動

mkdir drivers
cd drivers

必要なファイルを書いてmake

Makefileを書く

obj-m := myled.o

all:
make -C ../linux-digilent/ M=$(PWD) modules


clean:
make -C ../linux-digilent/ M=$(PWD) clean

myled.c(355)を書いて，make．

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi-

デバイスツリーを更新

myledのアドレスをxpsで確認．今回は0x7e400000-0x7e40ffffの64KBの空間だった．
サンプルをコピー

cp ../linux-digilent/arch/arm/boot/dts/digilent-zed.dts .

一番最後にエントリを追加．

               myled {
                       compatible = "dglnt,myled-1.00.a";
                       reg = <0x7e400000 0x10000>;
               };

編集したらデバイスツリーを作りなおす

../linux-digilent/scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o devicetree.dtb digilent-zed.dts

システムに反映

scpでmyled.koとdevicetree.dtbをコピー．
ブートパーティションはマウントされてないので，マウントしてコピー

mount /dev/mmcblk0p1 /mnt/
cp /root/devicetree.dtb /mnt/

で，リブート．
再起動したら，/proc/myledができている．

insmod myled.ko
echo 0x0F > /proc/myled
echo 0xF0 > /proc/myled

とかして楽しむ

ユーザアプリを書く

作業用ディレクトリをつくって，もぐる

mkdir user_app
cd user_app

led_blink.c(358)を書く．Makefileも用意．ドキュメントのMakefileは何か変な感じだったので注意．

また，クロスコンパイル環境とターゲットでライブラリがちぐはぐなので-staticが必要だった．

CC = arm-xilinx-linux-gnueabi-gcc
CFLAGS = -g -static

all : led_blink

led_blink : led_blink.c
	${CC} ${CFLAGS} -o $@ $^
clean :
	rm -rfv *.o
	rm -rfv led_blink

.PHONY : clean

Linaroの場合，ホストコンパイラもあるので，ソースをコンパイルしてもOK．

<お断り> もし，本サイトに書いてあることを真似され、損害を被ったとしても私は何ら責任を負いませんので御了承ください。
Copyright (C) 1999-2022 Takefumi MIYOSHI
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